Что отвечает за водно солевой баланс в организме
Водно-электролитный обмен в организме здорового человека: основные составляющие
Рассмотрение метаболических путей нормально функционирующего организма невозможно без описания обмена низкомолекулярных соединений — минеральных солей и воды. Как известно, вода у взрослого человека составляет 60% от массы тела, то есть 40 — 45 литров. Биологическое значение воды, содержащейся в организме человека, трудно переоценить. Вода и растворенные в ней вещества создают внутреннюю среду организма. Вода обеспечивает транспорт веществ и тепловой энергии по организму. Значительная часть химических реакций организма протекает в водной фазе. Вода участвует в реакциях гидролиза, гидратации, дегидратации. Определяет пространственное строение и свойства гидрофобных и гидрофильных молекул. Поскольку вода является средой, в которой осуществляются процессы обмена веществ в клетках, органах и тканях, непрерывное поступление воды в организм является одним из основных условий поддержания его жизнедеятельности. Основная масса (около 71 %) всей воды в организме входит в состав протоплазмы клеток, составляя так называемую внутриклеточную воду. Внеклеточная вода входит в состав межклеточной, или интерстициалъной, жидкости (около 21%) и воды плазмы крови (около 8%). Содержание воды в организме варьирует в зависимости от органов и тканей. В головном мозге содержится 70-84% воды от всей массы органа, в почках – 82%, в сердце и легких – 79%, в мышцах – 76%, в коже – 72%, в печени – 70%, в костной ткани – 10%. Вода, которая поступает алиментарным путем называется экзогенной, а образовавшаяся в качестве продукта биохимических превращений – эндогенной. Кроме того, различают свободную воду, связанную воду и конституционную воду. Связанная вода удерживается коллоидными системами в виде так называемой воды набухания, Конституционная или внутримолекулярная вода входит в состав молекул белков, жиров и углеводов и освобождается при их окислении. Разные ткани характеризуются различным соотношением свободной, связанной и конституционной воды. Вся вода организма обновляется примерно через месяц, а внеклеточное водное пространство — за неделю.
Водный баланс организма складывается из отребления и выделения воды. С пищей человек получает в сутки около 1100 мл воды, в виде напитков и чистой воды — около 1200 мл. Около 300 мл воды образуется в процессе метаболизма при окислении белков, углеводов и жиров. При испарении с поверхности кожи и альвеол легких в сутки выделяется около 900 мл воды. 1500 мл воды необходимо для растворения экскретируемых почкой осмотически активных веществ при максимальной осмолярности мочи. Секреция воды в пищеварительную трубку составляет 8200 мл, реабсорбция — 8100 мл. 100 мл воды выводится с фекалиями. Простые подсчеты показывают. что средняя суточная потребность человека в воде составляет около 2500 мл.
Водный баланс организма человека.
Средние величины параметров водного баланса организма человека (мл/сут)
Потребление и образование воды
Питье и жидкая пища
Эндогенная «вода окисления»
С выдыхаемым воздухом
Внутренний цикл жидкостей желудочно-кишечного тракта (мл/сут)
Итого 8200 — 8100 = вода в кале 100 мл
Очевидно, что обмен воды неразрывно связан в организме с обменом электролитов. Системы регуляции водно-солевого обмена обеспечивают поддержание общей концентрации ионов натрия, калия, кальция, магния, хлора в плазме крови, во внутриклеточной и внеклеточной жидкости на одном и том же уровне. В плазме крови человека концентрация ионов поддерживается с высокой степенью постоянства и составляет (в ммоль/л): натрия — 130—156, калия — 3, 4—5, 3, кальция — 2, 3—2, 75 (в т. ч. ионизированного, не связанного с белками — 1, 13), магния — 0, 7—1, 2, хлора — 97—108, бикарбонатного иона — 27, сульфатного иона — 1, 0, неорганического фосфата — 1—2. По сравнению с плазмой крови и межклеточной жидкостью клетки отличаются более высоким содержанием ионов калия, магния, фосфатов и низкой концентрацией ионов натрия, кальция, хлора и ионов бикарбоната. Различия в солевом составе плазмы крови и тканевой жидкости обусловлены низкой проницаемостью капиллярной стенки для белков. Точная регуляция водно-солевого обмена у здорового человека позволяет поддерживать не только постоянный состав, но и постоянный объем жидкостей тела, сохраняя практически одну и ту же концентрацию осмотически активных веществ и кислотно-щелочное равновесие.
Минеральные вещества поступают в организм в свободном или связанном виде. Ионы всасываются уже в желудке, основная часть минеральных веществ – в кишечнике путем активного транспорта при участии белков–переносчиков. Из желудочно-кишечного тракта минеральные вещества поступают в кровь и лимфу, где связываются со специфическими транспортными белками. Выделяются минеральные вещества главным образом в виде солей и ионов. С мочой выделяются натрий, калий, кальций, магний, хлор, кобальт, йод, бром, фтор. С калом выделяются железо, кальций, медь, цинк, марганец, молибден, и тяжелые металлы.
Наиболее важное значение в водно-электролитном гомеостазе имеют ионы натрия, калия, кальция, хлора. Натрий (Na+) является основным катионом внеклеточных жидкостей. Его содержание во внеклеточной среде в 6—12 раз превышает содержание в клетках. Натрий в количестве 3—6 г в сутки поступает в организм в виде NaCl и всасывается преимущественно в тонком отделе кишечника. Натрий участвует в поддержании равновесия кислотно-основного состояния, осмотического давления внеклеточных и внутриклеточных жидкостей, принимает участие в формировании потенциала действия, оказывает влияние на деятельность практически всех систем организма. Баланс натрия в организме в основном поддерживается деятельностью почек.
Калий (К+) является основным катионом внутриклеточной жидкости. В клетках содержится 98% калия. Суточная потребность человека в калии составляет 2—3 г. Основным источником калия в пище являются продукты растительного происхождения. Особое значение калий имеет благодаря своей потенциалобразующей роли как на уровне поддержания мембранного потенциала, так и в генерации потенциала действия. Мембранный потенциал покоя, т. е. разность потенциалов между клеточным содержимым и внеклеточной средой, сознается благодаря способности клетки активно с затратой энергии поглощать ионы К+ из внешней среды в обмен на ионы Na+ (так называемый К+, Na+-насос) и вследствие более высокой проницаемости клеточной мембраны для ионов К+ чем для ионов Na+. Из-за высокой проницаемости неточной мембраны для ионов К+ дает небольшие сдвиги в содержании калия в клетках (в норме это величина постоянная) и плазму крови ведут к изменению величины мембранного потенциала и возбудимости нервной и мышечной ткани. Калий принимает также участие в регуляции кислотно-основного состояния на конкурентных взаимодействиях между ионами К+ и Na+, а также К+ и Н+ и является фактором поддержания осмотического давления в клетках. Регуляция его выведения осуществляется преимущественно почками.
Кальций (Са2+) обладает высокой биологической активностью. Он является основным структурным компонентом костей скелета, где содержится около 99% всего Са2+. В сутки взрослый человек должен получать с пищей 800—1000 мг кальция. Всасывается кальций преимущественно в двенадцатиперстной кишке в виде одноосновных солей фосфорной кислоты. Примерно 3/4 кальция выводится пищеварительным трактом, куда эндогенный кальций поступает с секретами пищеварительных желез, остальная часть выводится почками. Кальций принимает участие в генерации потенциала действия, в инициации мышечного сокращения, является необходимым компонентом свертывающей системы крови, повышает рефлекторную возбудимость спинного мозга и обладает симпатикотропным действием.
Магний (Mg2+) по содержанию в организме занимает четвертое место среди катионов организма и второе место среди внутриклеточных катионов. Количество общего магния, содержащегося в организме взрослого, составляет 20–28 г. Около 1 % магния находится во внеклеточной жидкости, приблизительно 60 % — в костях, 20% — в мышцах. Остальные 20% приходятся на другие ткани организма, причем большая часть сосредоточена в клетках печени. В плазме крови концентрация магния составляет 0, 75–1, 25 ммоль/л. Из этого количества 55–60 % магния плазмы ионизировано, 15 % связано с органическими и неорганическими кислотами. Биологически активным является только ионизированный магний, концентрация которого в плазме составляет 0, 45–0, 75 ммоль/л. Магний выполняет следующие физиологические функции: входит в состав костей, является антагонистом кальция, влияет на проницаемость биологических мембран, активирует фибринолиз, участвует в функционировании многих ферментов, связанных с обменом АТФ, в качестве кофактора.
Содержание хлора (Cl—) в организме составляет около 100 г. В плазме (сыворотке) крови его концентрация достигает 97–108 ммоль/л. Его физиологическая функция связана с участием в формировании трансмембранного потенциала. Являясь основным анионом внеклеточной жидкости, ион хлора активно участвует в обеспечение электронейтральности. Благодаря наличию в мембранах клеток и митохондрий специальных хлорных каналов, хлорид ионы регулируют объем жидкости, трансэпителиальный транспорт ионов, что создает и стабилизирует мембранный потенциал Механизмы регуляции хлора связаны с процессами, стабилизирующими содержание натрия. В связи с тем, что хлорид-ионы способны проникать через мембрану клеток, они вместе с ионами натрия и калия поддерживают осмотическое давление и регулируют водно-солевой обмен. Хлор является составной частью соляной кислоты желудочного сока, денатурирующей белки и активирующей пепсиноген. создают благоприятную среду в желудке для действия протеолитических ферментов желудочного сока. Кроме того, ионы хлора участвуют в создании и поддержании рН в клетках и биологических жидкостях организма.
Статья добавлена 31 мая 2016 г.
Что отвечает за водно солевой баланс в организме
Надпочечники – парный внебрюшинный орган, представлен мозговым веществом и корковым слоем. Кора надпочечников, включающая до 90% массы, представлена тремя зонами: наружной – клубочковой (z. glomerulosa), средней – пучковой (z. fasticulata), внутренней – сетчатой (z. reticularis). В корковом слое надпочечников вырабатывается около 50 стероидных соединений из холестерина, липопротеидов низкой плотности (ЛПНП), липопротеидов высокой плотности (ЛПВП) или из ацетата.
Клубочковая зона, составляющая около 15% ткани надпочечников, является местом продукции минералокортикоидов, в первую очередь альдостерона. Промежуточными этапами образования альдостерона являются прогестерон, ДОК, кортикостерон и 18-оксикортикостерон.
Клетки пучковой зоны, составляющие до 75% ткани коркового вещества, продуцируют глюкокортикоиды (в основном кортизол – гидрокортизон). Клетки сетчатой зоны вырабатывают не только кортизол, но и половые гормоны – эстрогены и андрогены. Промежуточными продуктами синтеза гормонов пучковой и сетчатой зон являются С-19-стероиды, обладающие андрогенной активностью.
В ряде случаев имеет место дополнительная эктопированная ткань коркового вещества надпочечников (в почках, селезенке, вдоль аорты и т. д.).
Окончательное формирование указанных зон коркового вещества надпочечников происходит к 3-х-летнему возрасту.
Стимуляторами клубочковой зоны коры надпочечников являются ангиотензин-II и в меньшей степени ангиотензин-III. Ангиотензин-II активирует продукцию альдостерона как на стадии включения холестерина в прегненолон, так и на поздних стадиях превращения кортикостерона в 18-гидроксикортикостерон. В то же время он является митогеном для клеток клубочковой зоны. Одним из дериватов ангиотензина-II является ангиотензин-III, обладающий слабой вазоконстрикторной активностью. Ангиотензиназы эндотелия сосудов завершают инактивацию ангиотензинов.
АКТГ обладает слабым тропным и митогенным действием на клубочковую зону в условиях нормы, но при гиперпродукции этого гормона резко возрастают активационные эффекты. Выраженным стимулирующим влиянием на клубочковую зону обладают мелатонин и серотонин, а также β-липотропин. При стрессе возникает усиление продукции минералокортикоидов под влиянием АКТГ, АДГ, ангиотензинов, катехоламинов.
Продукция минералокортикоидов подавляется натриуретическими пептидами (атриопептидами), эндогенными опиатами, дофамином.
Атриопептиды – естественные антагонисты минералокортикоидов и вазопрессина, продуцируются секреторными кардиомиоцитами предсердия, а также в легких, цнс, вегетативных ганглиях и других тканях. Атриопептиды оказывают дилататорный и гипотензивный эффекты, снижают реабсорбцию натрия в почках и увеличивают процессы фильтрации. Секреция атриопептидов возрастает при гиперволемии, гипертензии, растяжении предсердий, солевой нагрузке. Стимуляторами секреции атриопептидов являются глюкокортикоиды, минералокортикоиды, вазопрессин. Как компенсаторная реакция гиперпродукция атриопептидов возрастает при сердечной и почечной недостаточности.
Резкие нарушения эндокринных влияний со стороны надпочечников на метаболические процессы и, в частности, на водно-электролитный баланс имеют место в условиях гипер- и гипокортицизма.
В 15-30% случаев в основе гиперкортицизма лежит первичное поражение клеток коркового вещества надпочечников чаще опухолевой природы (глюкостерома), что обуславливает развитие синдрома Иценко-Кушинга. Злокачественные опухоли – глюкостеромы – возникают чаще у мужчин, у женщин опухоли аналогичной локализации носят доброкачественный характер. В ряде случаев формируется глюкоандростерома.
Гиперкортицизм, связанный с развитием адренокортикотропиномы гипофиза, именуется в России болезнью Иценко-Кушинга. С указанной патологией связаны до 50-80% случаев эндогенного гиперкортицизма. Синдром эктопической автономной секреции АКТГ составляет 5-15% эндогенного гиперкортицизма, возникает чаще у мужчин при бронхогенном раке легкого, карциноидах желудочно-кишечного тракта, при тимоме, β-инсуломе, раке щитовидной железы и т. д. Ятрогенный гиперкортицизм возникает при длительном лечении глюкокортикоидами заболеваний иммуноаллергической, онкогенной природы. Нарушения водно-электролитного обмена при гиперкортицизме характеризуются развитием гипернатриемии, гипокалиемии, отеками, гиперкальциемией, развитием интрацеллюлярного ацидоза и экстрацеллюлярного алкалоза. Указанные изменения связаны с избыточной потерей калия с мочой при одновременном усилении поступления в клетки натрия и водорода под влиянием глюкокортикоидов.
Нарушения водно-электролитного баланса при синдроме Иценко-Кушинга (первичном гиперкортицизме) сочетаются с системными нарушениями белкового, жирового, углеводного обменов, как и при болезни Иценко-Кушинга.
Последние характеризуются усилением катаболических реакций в лимфоидной, соединительной, мышечной, костной, хрящевой тканях, развитием отрицательного азотистого баланса. Глюкокортикоиды – контринсулярные гормоны, – в связи с чем возможны гипергликемия, глюкозурия, полиурия, полидипсия. Одновременно возникают перераспредение жиров, активируется атеросклеротический процесс.
Минералокортикоиды – альдостерон и дезоксикортикостерон – важнейшие регуляторы функции дистальных почечных канальцев и собирательных трубочек – обеспечивают задержку натрия, усиление секреции калия и протонов водорода. В то же время мишенями аналогичного действия минералокортикоидов являются слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта, потовые, слюнные и молочные железы. Минералокортикоиды, являясь производными холестерина, достаточно легко проникают через липидный бислой цитоплазматических мембран клеток-мишеней, связываются с цитозольными рецепторами I типа, а затем проникают в ядро, вызывая дерепрессию определенных участков генома, синтез белков-переносчиков, обеспечивающих реабсорбцию натрия в обмен на экскрецию калия и водорода.
Неконкурентным антагонистом альдостерона является предсердный натрийуретический фактор.
Так называемые быстрые эффекты минералокортикоидов на водно-электролитный баланс обусловливаются их прямым действием на цитоплазматические мембраны клеток различных органов и тканей, в частности на фосфатидил-инозитоловые посредники. При этом чрезвычайно быстро (в течение 1-2 минут) возникает задержка ионов натрия с одновременной потерей протонов водорода и калия практически всеми клетками организма человека, что приводит к повышению их возбудимости и функциональной активности.
В связи с этим очевидны выраженные нарушения водно-электролитного баланса в условиях гиперальдостеронизма.
Гиперальдостеронизм может быть первичным (наследственным), связанным с аномалией структуры альдостеронсинтетазы. Значительно чаще встречается приобретенный первичный гиперальдостеронизм (синдром Конна).
Приобретенный первичный гиперальдостеронизм, или синдром Конна, впервые был описан в 1955 году. Причиной этой патологии в 85% случаев является гормонально активная опухоль клубочковой зоны коры надпочечников (альдостерома), реже (
в 9%) диффузная гиперплазия коры надпочечников,
в 6% случаев наблюдается карцинома и иногда опухоль с эктопической локализацией (яичник, кишечник, щитовидная железа). Заболевание наиболее часто возникает в возрасте 30-45 лет.
При всех формах первичного гиперальдостеронизма тормозится продукция ренина за счет активации волуморецепторов на фоне гиперволемии.
Симптоматика заболевания связана со свойственным гиперпродукции минералокортикоидов нарушением водно-электролитного баланса, т.е. чрезмерной задержкой натрия в органах-мишенях при одновременном усилении экскреции калия и ионов водорода.
Клиническая манифестация нарушений водно-электролитного баланса при синдроме Конна характеризуется развитием нервно-мышечных расстройств, симптоматики нефропатии и гипертензии.
К нервно-мышечным симптомам относятся мышечная слабость, судороги, парестезии, обусловленные чрезмерной потерей калия. Миастения проявляется в виде периодических приступов.
Потеря калия в условиях гиперальдостеронизма сопровождается развитием гипокалиемической нефропатии в 80% наблюдений, нарушением структуры и функции проксимальных и дистальных канальцев, снижением чувствительности V2-рецепторов к вазопрессину.
Чрезмерная задержка натрия в гладкомышечных элементах сосудистой стенки приводит к их частичной деполяризации, повышению возбудимости, развитию вазоконстрикции даже в ответ на действие физиологических концентраций вазоконстрикторов: адреналина, норадреналина, АДГ.
Одновременно возникают гидратация сосудистой стенки, снижение ее эластичности, повышение базального сосудистого тонуса. Все перечисленные факторы приводят к развитию гипертензии.
Задержка натрия и воды под влиянием минералокортикоидов способствует повышению объема циркулирующей крови, развитию внутриклеточной гидратации.
Вторичный гиперальдостеронизм – наиболее частая форма патологии. Вторичный гиперальдостеронизм носит симптоматический характер, возникает в случаях гиповолемии, гипоксии и ишемии почек, гипонатриемии и гиперкалиемии, при беременности, рениноме, а также при активации симпатоадреналовой системы в связи с возбуждением соответствующих рецепторов (волумо-, хемо-, осморецепторов), клеток ЮГА почек, а также ряда других органов и тканей. Пусковым механизмом вторичного гиперальдостеронизма является активация ренин-ангиотензиновой системы. В настоящее время очевидно наличие циркулирующей (системной) и тканевой (местной) ренин-ангиотензиновых систем.
Циркулирующая ренин-ангиотензиновая система включает следующие компоненты: ренин, ангиотензиноген, ангиотензины, ангиотензинпревращающий фермент. Ренин – протеолитический фермент, продуцируемый клетками ЮГА почек, расщепляет ангиотензиноген (α2-глобулин с ММ около 60 кД) и его в ангиотензин-I. Последний обладает незначительным вазоконстрикторным эффектом. Ангиотензин-I под влиянием ангиотензинпревращающего фермента (металлопротеиназы) последовательно переходит в ангиотензин-II, ангиотензин-III и ангиотензин-IV. Ангиотензин-II обладает наиболее выраженным вазоконстрикторным действием, влияя на соответствующие рецепторы сосудистой стенки, и стимулирует секрецию минералокортикоидов, задержку натрия и воды в организме, потерю калия и протонов.
Тканевая ренин-ангиотензиновая система, включающая экспрессию генов ренина, наличие ангиотензина-I, ангиотензинпревращающего фермента, ангиотензина-II, ангиотензиновых рецепторов, обнаружена в надпочечниках, головном мозге, сердце, кровеносных сосудах, почках. Причем в тканях возможно образование ангиотензина-II из ангиотензина-I без участия ангиотензинпревращающего фермента, а под влиянием химазы, катепсина, тканевого активатора плазминогена.
В тканях имеет место и прямой путь превращения ангиотензиногена в ангиотензин-II под влиянием ферментов катепсина Q, тонина, элластазы, тканевого активатора плазминогена.
Нарушения водно-электролитного баланса в условиях вторичного гиперальдостеронизма аналогичны таковым, возникающим при синдроме Конна, но выражены в меньшей мере. Это, прежде всего, чрезмерная задержка натрия и воды, потеря калия и протонов водорода в дистальных сегментах почек, слизистой желудочно-кишечного тракта.
Расстройства электролитного баланса при гиперальдостеронизме приводят к развитию отеков, задержке натрия и воды внутри клеток, формированию гипертензивного синдрома, гипертрофии миокарда. Длительная задержка натрия сопровождается усилением продукции атриопептидов; при этом в собирательных трубках увеличивается выделение натрия и воды, отеки спадают. Однако в дистальных канальцах атриопептиновые рецепторы представлены слабо, где эффекты альдостерона сохраняются в полной мере. Длительная потеря калия при гиперальдостеронизме обуславливает формирование гипокалиемической нефропатии и, соответственно, снижение чувствительности дистальных канальцев почек к АДГ. При этом возникает полиурия.
Гипокортицизм проявляется в виде надпочечниковой недостаточности. Различают острую и хроническую недостаточность надпочечников. Острая недостаточность развивается при тромбозе и эмболии сосудов надпочечников (синдром Уотерхауса-Фридериксена). Хроническая надпочечниковая недостаточность может быть первичной и вторичной. Первичная хроническая недостаточность надпочечников связана чаще с их аутоиммунным поражением, развитием туберкулеза, реже – опухолевого процесса (ангиомы, ганглионевромы), в ряде случаев связана с метастазированием опухолевых клеток в надпочечники или с грибковым, сифилитическим разрушением надпочечников.
Острая недостаточность надпочечников – критическое состояние, проявляющееся развитием коллапса, резкой адинамии, потерей сознания. Основные клинические проявления надпочечниковой недостаточности обусловлены тяжелыми нарушениями водно-электролитного баланса и углеводного обмена в связи с дефицитом глюко- и минералокортикоидов. При этом возникает резкое снижение реабсорбции натрия и хлоридов в дистальных сегментах почек и кишечнике, развиваются чрезмерная потеря натрия и полиурия. Снижение содержания натрия и воды в организме приводят, в частности, к падению базального сосудистого тонуса, развитию гипотонии различной степени тяжести. Достаточно весомый вклад в развитие клинических проявлений гипокортицизма вносит усиление реабсорбции ионов калия в дистальных сегментах почек и кишечнике и увеличение его концентрации в крови. Гиперкалиемия сопровождается нарушением сократительной способности миокарда вплоть до остановки сердца, развитием спастических сокращений кишечника и, соответственно, диареей, рвотой, абдоминальными болями.
При дефиците глюкокортикоидов – контринсулярных гормонов – усиливается гипогликемизирующее действие инсулина, уровень сахара в крови резко снижается вплоть до развития гипогликемического коматозного состояния.
Дефицит глюкокортикоидов при гипокортицизме сопровождается подавлением гемопоэза в костном мозге, эритропоэза, одновременно возникает гиперплазия лимфоидной ткани.
При хроническом гипокортицизме (болезнь Аддисона) возникает гиперпигментация кожи, что связано в определенной степени с гиперпродукцией проопиомеланокортина аденогипофиза, содержащего в своем составе меланоцитостимулирующий гормон (МСГ).
Нарушения метаболического статуса, в частности водно-солевого гомеостаза, при хроническом гипокортицизме выражены в значительно меньшей мере, чем при остро развивающейся патологии. Однако в основе расстройств водно-электролитного баланса лежат усиленная потеря натрия и воды при одновременной активации всасывания калия, протонов водорода в дистальных сегментах почек и в желудочно-кишечном тракте, приводящие к типичным системным функциональным расстройствам.
Исследование водно-солевого обмена / Глава 3 раздела I кн. Ишманов М.Ю., Сертакова А.В., Соловьев А.М., Федяшина Н.А., Щербакова Е.В. 250 показателей здоровья. Справочник. Из-во «Научная книга», 2013.
250 показателей здоровья
Справочник
Ишманов М.Ю., Сертакова А.В., Соловьев А.М., Федяшина Н.А., Щербакова Е.В.
Раздел I. Лабораторные методы исследования
Глава 3
Исследование водно-солевого обмена
Вода – это важнейшая составляющая часть человеческого организма. Жизнь без воды невозможна для любого живого существа. Все процессы в человеческом организме протекают с огромной скоростью только в присутствии воды, являющейся универсальным растворителем и средой. Человек без воды может находиться самое большее 5 дней, в то время как без пищи – около месяца. Содержание воды в организме с возрастом уменьшается, на этом основана гипотеза старения человека. Тело взрослого человека на 2/3 состоит из воды. Причем вода находится как в свободном состоянии, так и связанном (в соединении с белками). Она является активным участником всех реакций организма, составляющих обмен веществ. Помимо воды для организма необходимы такие вещества, как белки, углеводы и жиры, обладающие пищевой ценностью. Однако для нормальной жизнедеятельности любому человеку нужны минеральные вещества: макро– и микроэлементы. Они не обладают пищевой ценностью, но без них человек погибнет. В теле человека можно найти почти всю периодическую таблицу элементов. Одни вещества, такие как натрий, калий, кальций, встречаются в организме в больших количествах (макроэлементы), другие – в минимальных (микроэлементы). Совокупность процессов усвоения воды и минеральных веществ (макро– и микроэлементов) в кишечнике человека, их распределение по всем органам и тканям и выделение из организма называется водно-солевым обменом веществ. Ежедневная потребность в воде для человека со средней массой тела колеблется в пределах 2–3 л, из которых примерно 1,5 л поступает при питье, около 1 л – в виде жидких блюд и 300–600 мл образуется в самом организме в виде реакций (при окислении жиров, белков и углеводов). Все элементы в организме находятся в виде активных заряженных частиц (ионов) либо входят в состав солей (карбонатов, сульфатов). Эти частицы всасываются через слизистую оболочку кишечника и через кровеносные сосуды попадают в печень и другие органы, где они потребляются, откладываются и удаляются (избыток). Так, печень накапливает ионы натрия, железа и фосфора. Цинк, кобальт накапливают почки, селезенка. Минеральные вещества выделяются через почки с мочой, через кожу (с потом) и пищеварительную систему. Разные элементы предназначены для разных целей: одни – для поддержания давления жидкостей в клетках и вне их, другие – для поддержания кислотно-щелочного равновесия, третьи – как строительный материал и т.д. В регуляции обмена воды и минеральных веществ принимают участие высшие отделы нервной системы и эндокринные железы, продуцирующие гормоны. При нарушении содержания воды в крови и тканях возбуждаются специальные образования (рецепторы), которые передают информацию по нервным клеткам в кору головного мозга, а затем – в гипофиз (важная железа). При снижении содержания воды и элементов гипофиз выделяет антидиуретический гормон, который тормозит выведение воды и солей из организма. При увеличении воды выделяются гормоны вазопрессин, альдостерон, которые увеличивают выделение ее из организма. Благодаря такому сложному взаимодействию всех звеньев организма человека поддерживаются постоянство (гомеостаз) водно-солевого обмена и нормальная жизнедеятельность человека. Ввиду заинтересованности многих органов и систем в регуляции водно-солевого обмена большое значение приобретает его исследование. Малейшие отклонения от нормы содержания воды и элементов сигнализируют о больших нарушениях в организме.
Натрий
К числу важнейших макроэлементов, необходимых для человека, относится натрий. В организме около 10 % натрия находится внутри клеток, 40 % – вне клеток и 50 % (150 г) – в костной ткани (депо), нормальный состав костей зависит от натрия. Без натрия любой организм погибает. Он принимает участие в поддержании давления в клетках и внеклеточной среде, осуществляет движение воды, регулирует процессы кислотно-щелочного баланса, регулирует процессы возбуждения и торможения нервной системы, стабилизирует потенциалы оболочек клеток и регулирует тонус сосудов, следовательно, и артериальное давление. Ежедневная потребность взрослого человека в натрии составляет 4–5 г, он поступает с пищей и поваренной солью. В лабораторных условиях натрий определяют в сыворотке или плазме крови, цельной крови и эритроцитах. Сущность метода: производят забор крови в количестве 10–20 мл (натощак) из локтевой вены в стерильных условиях. В настоящее время чаще используют метод плазменной фотометрии. Сущность метода определения натрия в эритроцитах такая же, только там отмывают эритроциты из взятой крови путем добавления изотонического раствора и фильтрации. Содержание натрия в плазме крови колеблется в пределах 137–150 ммоль/л, в цельной крови – 70–90 ммоль/л, в эритроцитах – 9—28 ммоль/л. Этот элемент в плазме иногда содержится в нормальных количествах при нехватке натрия в организме. Поэтому при учете результатов исследования следует обращать внимание на проявления болезни и другие показатели обмена натрия. Общий обменный натрий составляет 70–83 % от всего натрия в организме (43 ммоль/кг – у мужчин, 38 ммоль/кг – у женщин). Уменьшение содержание натрия, или гипонатриемия, проявляется обезвоживанием организма, снижением артериального давления и работы почек (вплоть до смертельных исходов). Как правило, она вызвана всеми состояниями и болезнями, связанными с потерей воды (такими как холера, дизентерия, несахарный диабет, почечная недостаточность). Избыток содержания натрия, или гипернатриемия, возникает чаще всего при сердечной недостаточности или заболеваниях почек, а также при чрезмерном введении растворов натрия в больнице. Избыток содержания натрия провоцирует появление массивных отеков тела и внутренних органов, что может привести к неблагоприятным последствиям.
Калий
К серьезным последствиям в организме человека приводит и нарушение обмена калия. Калий является основным ионом, содержащимся в клетках. Он регулирует такие процессы, как рост человека, регуляция активности клеток, функционирование многих ферментов и синтез белка. От концентрации ионов калия зависят состояние нервных волокон и мышц, сократительная способность сердечной мышцы и работа пищеварительной системы. Суточная потребность человека в калии – около 2 г (в разнообразной пище содержится достаточное его количество). Для определения содержания калия в организме человека в лаборатории используются несколько методов: определение содержания в плазме и эритроцитах, суточная экскреция калия с мочой, общее содержание калия. Для диагностики расстройства обмена калия в клинической практике выявляют: концентрацию в плазме и эритроцитах; суточную экскрецию с мочой; общий обменный калий; общее содержание калия в организме. Определяют содержание калия в любом биологическом материале (плазма, моча) с помощью плазменной фотометрии. Нарушения калиевого обмена проявляются в виде увеличения его количества (гиперкалиемия) или снижения (гипокалиемия). Чаще всего отмечается дефицит калия. Он проявляется в виде слабости, похудания, мышечной слабости и судорог, парезов и параличей, депрессивных состояний; угнетения работы органов пищеварения (вздутием живота и задержкой газов, плохой работой кишечника, мочеполовой системы: отмечаются увеличение выделения мочи, инфаркты в почках, слабость мочевого пузыря; сердечно-сосудистой системы (отмечаются увеличение размеров сердца, частый ритм, аритмия, снижение артериального давления, некрозы в миокарде). Гипокалиемия часто бывает временного характера – при быстрых потерях калия, при длительных она становится постоянной. Гиперкалиемия сопровождается изменениями со стороны сердца: остановкой сердечной деятельности. Увеличение калия отмечается при синдроме Кона, Иценко – Кушинга, приеме кортикостероидов и диуретиков, во второй стадии острой почечной недостаточности, при травме, массивном распаде клеток. Снижение калия отмечается при снижении функций гипофиза, коры надпочечников, заболевании почек (гломерулонефрите и др.). Калий содержится в организме человека в большом количестве и играет важную роль. Он участвует в поддержании нормальной работы сердечной мышцы и поддержании сосудистого тонуса, участвует в транспорте железа в организме, регулирует деятельность многих ферментов, способствует нормализации нервной системы и передаче сигналов по нервным волокнам.
Кальций
Благодаря кальцию обеспечиваются прочность костей и зубов, нормальная способность свертываемости крови, нормализуются работа желез внутренней секреции и сократительная деятельность мышц. Суточная потребность в кальции для взрослого человека составляет 0,8–1,2 г. Для определения содержания кальция в организме используют биохимическое исследование сыворотки крови на кальций. Сущность метода: производят забор крови в количестве 10–20 мл (натощак) из локтевой вены в стерильных условиях. Затем исследуемый материал пропускают через ряд фильтров, состоящих из множества мембран, таким способом готовят ультрафильтрат (сыворотку). Эти мембранные фильтры пропускают ионы кальция. В крови имеется свободный кальций – 1–2 %, связанный с белками – 40 % и в составе других соединений (около 50 % в составе костной ткани). В стандартном обследовании обычно определяют свободный кальций. Нормальное содержание кальция в крови – до 2,5 ммоль/л. Как правило, анализ крови на содержание кальция проводится лишь по показаниям: остеопороз, неизвестные причины болей в костях, заболевания пищеварительной системы, мышц и сердца, опухолевые процессы и при подготовке к операциям. Избыточное содержание кальция в организме (гиперкальциемия, содержание 3 моль/л и больше) возникает при таких состояниях, как усиленная работа паращитовидных желез, опухоли костей (остеосаркома, миеломная болезнь), резкое обезвоживание, базедова болезнь (тиреотоксикоз), острая почечная недостаточность и ряд других заболеваний. Недостаточное содержание кальция (гипокальциемия, менее 2 ммоль/л) наблюдается при истинном рахите у детей, остеопорозе у женщин в постменопаузальный период, угнетении функции щитовидной железы, хронической почечной недостаточности, желтухе и панкреатите.
Фосфор
Фосфору принадлежит важнейшая роль в организме человека. Он входит в состав основных тканей организма (в виде таких соединений, как фосфолипиды, фосфопротеиды). Входит в состав ряда ферментов, осуществляющих процессы дыхания в клетках организма, ряд расщеплений вредных и токсических веществ. Например, входя в состав биологически активного вещества АТФ, он передает энергию одного вещества (клетки) к другому. Он входит в состав нервной ткани и коры головного мозга, обеспечивает быстроту обмена веществ и нормальную работу головного мозга и центральной нервной системы. В составе солей участвует в поддержании кислотно-щелочного равновесия в организме (в виде фосфатного буфера). В комбинации с кальцием и магнием образует костный скелет, обеспечивая прочность и функцию костей. Свыше 85 % фосфора находится в костном скелете. В крови содержание фосфора составляет 0,81—1,55 ммоль/л. Исследование фосфора: определение содержания в сыворотке крови флюорометрическим методом, определение в моче или костной ткани путем колориметрии. Сущность метода: производят забор крови в количестве 10–20 мл (натощак) из локтевой вены в стерильных условиях. Затем исследуемый материал пропускают через ряд фильтров, состоящих из множества мембран, таким способом готовят ультрафильтрат (сыворотку). Затем с помощью специальных реактивов (флюоресцина и др.) метят сыворотку. При помощи специального прибора (волновая микроскопия) отмечают количество фосфора, ионы которого испускают световые волны определенной длины. Затем по графическим таблицам производят расчет. Колориметрический метод очень трудный и чаще всего производится в экспериментальных целях. Определение фосфора соответствует ряду показаний, в состав стандартного обследования он не входит. Недостаток фосфора (гипофосфатемия), особенно в детском возрасте, приводит к серьезным последствиям. Возникают недоразвитие костного скелета, различные деформации ног и рук, грудной клетки (вдавления, перекошенность ребер), меняется походка («утиная» походка), часто возникают переломы конечностей. Происходят изменения в центральной нервной системе: замедляется умственное развитие у детей, развиваются заторможенность и ухудшение памяти, умственных процессов у взрослых. При увеличенном содержании фосфора (гиперфосфатемия) отмечается его избыточное отложение в почках (развиваются недостаточность почек и мочекаменная болезнь), появляется общее отложение фосфора во всех органах, нарушая их функции.
Магний
Магний относится к числу микроэлементов, малые дозы которых играют важную роль для человека. Он принимает участие в большинстве биохимических реакций, протекающих в организме, входя в состав многих ферментов. Магний стабилизирует состав ДНК и РНК, а следовательно, состав клеток. Избытка магния обычно не бывает, поскольку его излишек быстро выводится из организма через кишечник и почки. Недостаток магния очень часто является следствием заболеваний пищеварительной системы, в частности тонкого кишечника (там происходит его интенсивное всасывание). Это такие заболевания, как токсические энтериты, кишечные инфекции с клинической картиной диареи (неустойчивый стул), заболевания почек и хроническая почечная недостаточность, хронический алкоголизм, синдром мальабсорбции. При нехватке магния появляются признаки раздражения нервной системы и психики: эмоциональность, перепады настроения, снижение быстроты реакций, спазм в мышцах. Ежедневная потребность в магнии для взрослого человека – 200 мг в сутки. Содержание магния определяют в крови или моче. Методика: производят забор крови в количестве 10–20 мл (натощак) из локтевой вены в стерильных условиях. Затем исследуемый материал пропускают через ряд фильтров, состоящих из множества мембран, таким способом готовят ультрафильтрат (сыворотку). Затем по графическим таблицам производят расчет. Среднее содержания магния – 0,7–1,2 ммоль/л в плазме крови.
Хлориды
Хлориды в соединении с натрием на 70 % обеспечивают поддержание осмотического (внутреннего) давления крови, биологических жидкостей и клеток. Они необходимы для образования соляной кислоты в желудке. Хлориды обладают свойством задерживать воду в организме и стабилизировать кислотно-щелочное равновесие в организме. При недостаточности хлоридов в теле человека происходят серьезные изменения. Падают артериальное давление и скорость кровотока, развивается дисбаланс внутренней среды, появляются признаки обезвоживания, оглушенность и заторможенность сознания и нервной системы в целом. Как правило, недостаточность хлоридов возникает при заболеваниях, сопровождающихся неукротимой рвотой, профузным поносом (таких, как острый и хронический панкреатит, колит, холера, брюшной тиф). Избыток хлоридов приводит к появлению отеков, затрудненной работе сердца и легких, повышенной возбудимости нервной системы. Возникает при тяжелых состояниях (ожоговой болезни, шоке различной природы). Определяют хлориды чаще всего в сыворотке крови или спинномозговой жидкости путем флюорометрии. Сущность метода: производят забор крови в количестве 10–20 мл (натощак) из локтевой вены в стерильных условиях.
Железо
Железу принадлежит особо важная роль в организме. Оно входит в состав гемоглобина, тем самым переносит кислород от легких к различным органам и тканям. Железо является составляющей частью многих ферментов (каталазы, пероксидазы и др.), обеспечивая расщепление многих смертельно токсичных веществ для человека, а также процессы клеточного дыхания и внутриклеточного обмена. Железо встречается и в белках печени, селезенки, а депо железа – красный костный мозг. Являясь частью белка миоглобина, оно обеспечивает деятельность и нормальное функционирование мышц. Стабильность психики и эмоций также зависит от содержания железа. В настоящее время количество железа определяют в любой биологической среде (моче, крови, красном костном мозге), но чаще всего – в сыворотке крови. Сущность метода: производят забор крови в количестве 10–20 мл (натощак) из локтевой вены в стерильных условиях. Затем исследуемый материал пропускают через ряд фильтров, состоящих из множества мембран, таким способом готовят ультрафильтрат (сыворотку). Затем на исследование берут 1 мл готовой сыворотки и делают несколько растворов (проб) для дальнейшего изучения спектрофотометром (прибором, определяющим интенсивность или силу, количество световых волн, испускаемых заряженными частицами железа).
Общее содержание железа в сыворотке крови мужчин и женщин составляет в среднем 10,0—30,0 мкмоль/л. При недостаточном содержании данного микроэлемента в организме возникает такое состояние, как железодефицитная анемия. Оно проявляется рядом расстройств:
1) со стороны пищеварительной системы – изменение запахов и вкуса (хочется есть мел, сырые крупы), тошнота, отрыжка, рвота, неустойчивый стул, развитие атрофического гастрита (воспаление слизистой оболочки желудка); анацидный гастрит (устаревшее название – гастрит с пониженной кислотностью) – аутоиммунный процесс (гастрит типа В), который является причиной, а не следствием дефицита железа.
2) ломкость ногтей и их деформация, тусклость и безжизненность волос, сухость и шелушение кожи;
3) со стороны нервной системы: раздражительность, эмоциональность, плаксивость, склонность к обморокам;
4) нарушение двигательной функции мышц.
Избыток железа в организме приводит к отложению этого микроэлемента в тканях и внутренних органах, вызывая их недостаточность (почечную, печеночную и т.д.). Это состояние называется гемосидерозом внутренних органов, он встречается крайне редко и довольно легко лечится (десфераль, ЭДТА), а почечная и печеночная недостаточность обратимы. Нехватка железа может быть из-за недостаточного его поступления с пищей. Железодефицитные анемии возникают при нарушении процессов всасывания в кишечнике (это энтериты различного происхождения: отравляющего действия веществ, инфекционного), при паразитарных и глистных болезнях (бычий цепень, широкий лентец), хронических или острых кровопотерях (обострение язвенной болезни, неспецифический язвенный колит, болезнь Крона).
Цинк входит в состав многочисленных ферментов организма, обеспечивая их активность; стабилизирует клеточные стенки, транспорт питательных веществ в клетках. При недостаточности цинка происходят замедление или прекращение роста организма, отставание полового созревания, нарушения процессов восстановления клеток, изменения со стороны кожи в виде дерматозов и избыточного ороговения, наступают раннее облысение, медленное заживление ран. Чаще всего причинами нехватки цинка становятся приверженность к вегетарианству, глистные заболевания (широкий лентец, свиной и бычий цепни), хронические кровопотери (язвенная болезнь, неспецифический язвенный колит). Всего в человеческом организме содержится около 3 г цинка. Определяют цинк достаточно редко, по специальным показаниям. Для определения микроэлемента применяют метод спектрофотометрии сыворотки крови.
Это один из необходимых микроэлементов организма. Медь входит в состав важных транспортных ферментов (церулоплазмин), который принимает участие в контроле стабильности соединительной ткани, соответственно стабильности и прочности стенок кровеносных сосудов. Медь необходима для нормального роста костей, повышения уровня липидов, способствующих профилактике развития атеросклероза. Исследование меди проводят специально при подозрении на определенную группу заболеваний (как правило, это метод спектрофотометрии или колориметрии). Осуществляют забор крови из локтевой вены натощак в количестве 10–20 мл. Нормальное содержание меди в крови человека – в среднем 11,0—24,4 мкмоль/л. При недостаточности меди в организме происходят нарушение роста трубчатых костей, разрушение стенок кровеносных сосудов, разрушение соединительной ткани. Например, известны заболевания у маленьких детей, связанные с нехваткой меди. Они проявляются бледностью, отеком голеней, медленным ростом, плохим аппетитом. В тяжелых случаях, когда дефицит микроэлемента обусловлен генетическим дефектом усвоения меди, возникает болезнь Менкеса, характеризующаяся глубокой умственной отсталостью детей, сниженной температурой тела, разрушением длинных костей рук и ног, изменениями в стенке крупных кровеносных сосудов (аорты), нарушением роста волос. Переизбыток меди также приводит к серьезным заболеваниям. Так, болезнь Вильсона – Коновалова, обусловленная врожденным генетическим дефектом неусвоения меди клетками организма, проявляется гибелью печеночных клеток, дрожанием кончиков рук и пальцев, нарушением координации движений, разрушением зубов и прогрессирующим снижением зрения. Увеличение содержания микроэлемента наблюдается при таких заболеваниях, как лейкоз, цирроз печени, ревматоидный артрит, гепатит, злокачественные новообразования.
Йод является одним из микроэлементов – регуляторов всей деятельности человеческого организма. Без участия йода не обходится ничего: ни нервная система и способности человека (интеллект, память, мышление), ни пищеварительная система, ни кожа и т.д. Йод входит в состав специальных тиреоидных гормонов, которые вырабатывает щитовидная железа. Эти гормоны контролируют жизнедеятельность всех клеток организма (энергетический обмен), нормальное артериальное давление и деятельность сердечной мышцы, деятельность мозга и мыслительную активность, состояние кожи и волос, жировой обмен. Недостаток йода возникает довольно часто в районах со сниженным содержанием его в окружающей среде и продуктах (эндемичных районах), при заболеваниях щитовидной железы (гипотиреозе), генетическом дефекте и расстройствах работы гипофиза, гипоталамуса (это центральные железы, контролирующие работу щитовидной железы). При врожденном гипотиреозе у маленьких детей возникают необратимые изменения (при отсутствии своевременного выявления болезни или лечения): картина глубокой умственной отсталости (кретинизм), массивные отеки туловища, желтоватая и холодная на ощупь кожа, избыточная масса тела, нарушения работы сердца и недостаточность работы всех внутренних органов, запоры. У таких детей значительно снижен иммунитет, и любая инфекция может оказаться для них непреодолимым препятствием. У взрослых же при гипотиреозе картина заболевания не лучше: возникает снижение активности и жизненной позиции, мыслительной деятельности, отмечаются избыточное накопление жира, отеки, нарушение работы сердца в виде различных аритмий, последние могут привести к угрожающим для жизни состояниям. В настоящее время часто наблюдается явление избытка содержания йода в организме. Это возникает при тиреотоксикозе, узловой аденоме и др. Заболевание проявляется отклонениями в психике и нервной системе: характерны раздражительность, плаксивость, повышенная сексуальность, перепады настроения; повышение артериального давления и аритмии, истощение запасов жира, расстройство пищеварения и половой функции, изменения кожи и ногтей. Определение йода проводят путем его определения в крови (связанный с белками йод), косвенным методом определения количества тиреоидных гормонов (тироксина и трийодтиронина), выделения йода мочой. Связанный с белками йод определяют в крови обследуемого методом спектрофотометрии. Тиреоидные гормоны определяют методом РИА (радиоиммунологическим анализом). Нормальное содержание связанного с белками йода – 6–8 мкг/100 мл, а гормонов – тироксин общий 62—141 нмоль/л, общий трийодтиронин 1,17—2,18 нмоль/л, тиреолиберин (отражает работу гипоталамуса) 5–6 пг/л, тиреотропин (работа гипофиза) 0,6–3,8 мк/МЕ мл. Определение йода в моче проводят следующим образом: берут необходимое количество мочи 7—10 мл, помещают в стерильную тару. Затем к полученному добавляют буферный раствор и фильтруют через активированный уголь, перед этим добавляют краситель. Моча в зависимости от количества йода окрашивается в разные цвета. При низком содержании микроэлемента она приобретает желтую окраску, а при высоком содержании йода отмечается синяя окраска. Нормальное количество йода в моче окрашивается в различные оттенки желто-зеленого и зеленого. Нормальное содержание йода в моче – 200–300 мкг/л.
В настоящее время существуют методики одновременного определения большого количества макро– и микроэлементов в необычных биологических средах, например в волосах. Для определения микроэлементов необходимо срезать волосы с затылка в разных участках, количество волос небольшое, примерно одна прядка длиной 3 см и шириной 1 см, толщиной со спичку. Это высокочувствительный метод с использованием точных установок и приборов: атомная спектрометрия, нейтронная активация. В волосах можно определить содержание около 50 веществ. В большинстве случаев при стандартном обследовании исследуют несколько элементов (таких как железо, натрий, калий, кальций, хлориды, йод), остальные микроэлементы определяют по специальным показаниям. Методы трудоемки, сложны и не позволяют описать всех деталей их проведения.